JP6332094B2 - ロータ、電動モータ - Google Patents

Description

本発明は、ロータ、電動モータに関する。

コイルを有するステータと、磁石を有するロータとを備える電動モータがある。

例えば、特許文献１では、ハルバッハ配列と呼ばれる配列方法で、Ｎ極磁石とＳ極磁石と補助磁石とをロータに周方向に配列させた電動モータが開示されている。このような磁石は、ロータの内側よりも外側に大きな磁場を発生させるため、電動モータは高いトルク特性を得ることができる、と述べられている。

特開２０１０−０９８８９１号公報

ところで、特許文献１で開示される電動モータは、周方向に配列させた補助磁石を含んでいる。このような補助磁石は、ステータに対してＮ極が向くＮ極磁石や、ステータに対してＳ極が向くＳ極磁石に比較して、磁場を高める作用が小さい。Ｎ極磁石やＳ極磁石などの主磁石と同じ段に補助磁石が存在することにより、主磁石が存在する段の周方向の磁場が十分に高められていなかった。なお、ここでの段は、ロータ軸における所定の位置範囲を示す。

本発明は、周方向における磁場を高めたロータを提供する。

本発明にかかるロータは、
複数の主磁石群及び複数の補助磁石群を有するロータであって、
前記主磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の主磁石要素を含み、
前記主磁石要素は、前記ロータの径方向に沿う磁化方向を有し、
隣り合う前記主磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
前記補助磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の補助磁石要素を含み、
前記補助磁石要素は、前記ロータの回転軸方向に沿う磁化方向を有し、
隣り合う前記補助磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
前記主磁石要素と前記補助磁石要素とが、前記ロータの前記回転軸方向に、ハルバッハ配列で配列するように、前記複数の主磁石群と前記複数の補助磁石群とが配置されている。

このような構成によれば、同一の主磁石群において、補助磁石を周方向に配列させることが無く、主磁石のみを周方向に配列させることで、周方向における磁場を高めることができる。

他方、複数の主磁石群及び複数の補助磁石群を有するロータと、ステータとを備える電動モータであって、
前記主磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の主磁石要素を含み、
前記主磁石要素は、前記ロータの径方向に沿う磁化方向を有し、
隣り合う前記主磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
前記補助磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の補助磁石要素を含み、
前記補助磁石要素は、前記ロータの回転軸方向に沿う磁化方向を有し、
隣り合う前記補助磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
前記主磁石要素と前記補助磁石要素とが、前記ロータの前記回転軸方向に、ハルバッハ配列で配列するように、前記複数の主磁石群と前記複数の補助磁石群とが配置されており、
前記ステータは、前記主磁石群に対応するコイル群を含むことを特徴としてもよい。

このような構成によれば、ロータの主磁石による磁場がステータのコイル群に作用するため、高いトルクで駆動することができる。

また、前記主磁石群は、前記ステータに対向する表面に配置される主磁石リングであり、前記補助磁石群は、前記ステータに対向する表面に配置される補助磁石リングであることを特徴としてもよい。
また、前記ロータは、コアを含み、前記主磁石群は、前記コアの内部に埋め込まれており、前記補助磁石群は、前記コアの内部に埋め込まれていることを特徴としてもよい。
また、隣り合う前記コイル群同士は、対応する前記主磁石群同士が同じ方向に回転するように、異なる位相の電流を供給されることを特徴としてもよい。
また、前記ステータの前記コイル群の各コイルは、前記ステータの径方向に沿う軸に巻き回されており、前記ステータの前記コイル群と、前記ロータの前記主磁石群とは、同一平面上に配置され、前記主磁石群と前記コイル群は、前記ロータの径方向において対向していることを特徴としてもよい。

このような構成によれば、高いトルクで駆動することができる。

本発明によれば、周方向における磁場を高めたロータを提供することができる。

実施の形態１にかかる電動モータの断面図である。 実施の形態１にかかる電動モータの展開図である。 実施の形態１にかかる電動モータの要部の展開図である。 実施の形態１にかかる電動モータの要部の展開図である。 実施の形態１にかかる電動モータの要部の展開図である。 実施の形態１にかかる電動モータの要部の斜視図である。 実施の形態１にかかる電動モータの断面図である。 実施の形態１にかかる電動モータの要部の磁気方向を示す図である。 実施の形態１にかかる電動モータの要部の磁気方向を示す展開図である。 実施の形態２にかかる電動モータの展開図である。 実施の形態２にかかる電動モータの要部の展開図である。 実施の形態２にかかる電動モータの要部の展開図である。 実施の形態２にかかる電動モータの要部の斜視図である。 実施の形態２にかかる電動モータの断面図である。 実施の形態２にかかる電動モータの要部の展開断面図である。

実施の形態１．
図１〜図５を参照して、実施の形態１にかかる電動モータについて説明する。図１は、実施の形態１にかかる電動モータの断面図である。図２は、実施の形態１にかかる電動モータの展開図である。図３〜図５は、実施の形態１にかかる電動モータの要部の展開図である。

図１及び図２に示すように、電動モータ１００は、ステータ１０と、ロータ２０と、カバー３０とを含む。電動モータ１００は、ロータ２０を回転駆動させることで、駆動力を対象物に伝達するモータである。電動モータ１００では、ステータ１０がロータ２０の外側に配置されている。電動モータ１００は、アウトステータ型である。

図３に示すように、ステータ１０は、ハウジング１１と、第一のコイル群１２と、スペーサ１３と、第二のコイル群１４とを含む。

ハウジング１１は、円筒状体であり、その一端に開口する開口部１１ａを有し、他端に閉塞する底部１１ｂを有する。底部１１ｂは、回転軸孔１１ｃと、回転軸孔１１ｃに設けられる軸受部１１ｄとを有する。

第一のコイル群１２は、リング状の保持部１２ａと、複数のティース１２ｂと、複数のコイル１２ｃとを含む。ティース１２ｂは、それぞれ、保持部１２ａの内周面に沿って並んで設けられている。ティース１２ｂは、それぞれ、保持部１２ａの内周面から保持部１２ａの中心に向かって延びる。言い換えると、ティース１２ｂは、ステータ１０の径方向に沿って延びる棒状部である。図３に示される一例では、第一のコイル群１２は、コイル１２ｃを１２個有するものの、要求されるモータの能力によって随時変更してよい。コイル１２ｃは、巻線をティース１２ｂに巻き回して形成される。複数のコイル１２ｃは、例えば、電動モータ１００が３相モータとして動作するように、互いに結線されるとともに各電源（図示略）に接続される。

第二のコイル群１４は、第一のコイル群１２と同様に、リング状の保持部１４ａと、複数のティース１４ｂと、複数のコイル１４ｃとを含む。ティース１４ｂは、それぞれ、保持部１４ａの内周面に沿って並んで設けられている。ティース１４ｂは、それぞれ、保持部１４ａの内周面から保持部１４ａの中心に向かって延びる。言い換えると、ティース１２ｂは、ステータ１０の径方向に沿って延びる棒状部である。図３に示される一例では、第一のコイル群１４は、コイル１４ｃを１２個有するものの、要求されるモータの能力によって随時変更してよい。コイル１４ｃは、巻線をティース１４ｂに巻き回して形成される。複数のコイル１４ｃは、例えば、電動モータ１００が３相モータとして動作するように、互いに結線されるとともに電源（図示略）に接続されて、電流を供給される。

隣り合う第一のコイル群１２及び第二のコイル群１４は、それぞれ対応する主磁石リング２２、２４を同じ方向に回転させるように、異なる位相の電流を供給される。例えば、第二のコイル群１４に流れる電流の位相は、第一のコイル群１２に流れる電流の位相と逆である。

第一のコイル群１２と、スペーサ１３と、第二のコイル群１４とは、ハウジング１１の内側に配置される。さらに、第一のコイル群１２と、スペーサ１３と、第二のコイル群１４とは、この順に積み重ねられる。スペーサ１３は、第一のコイル群１２と、第二のコイル群１４とを所定の間隔を空けて配置させる。

図４に示すように、ロータ２０は、補助磁石リング２１、２３、２５と、主磁石リング２２、２４と、回転軸２６と、コア２７とを含む。

コア２７は、鉄鋼材料からなる円柱体であり、軸方向に貫通する回転軸孔２７ａを有する。なお、図４、図５及び図９では、見易さを考慮して、コア２７は複数個に分割されたように示されているものの、図７等に示されるようにコア２７は一体化している。回転軸孔２７ａの断面形状は、一部を切り欠いたような円形状を有し、回転軸２６が嵌め合わされている。これによって、コア２７に対して相対的に回転することを抑制する。回転軸２６の一端側は、ワッシャ２６ａを介してカバー３０（図２参照）と接触し、回転軸２６の他端側は、ワッシャ２６ｂを介してハウジング１１の軸受部１１ｄ（図３参照）と接触する。ロータ２０は、カバー３０と軸受部１１ｄとに挟まれることによって、軸方向における位置が安定する。

補助磁石リング２１と、主磁石リング２２と、補助磁石リング２３と、主磁石リング２４と、補助磁石リング２５とは、コア２７のステータ１０に対向する表面、具体的には、コア２７の外周面に配置され、この順には一致されており、例えば、積み重ねられる。また、補助磁石リング２１と、主磁石リング２２と、補助磁石リング２３と、主磁石リング２４と、補助磁石リング２５とは、コア２７の外周面に接着されていてもよい。

補助磁石リング２１は、補助磁石要素２１ａと、補助磁石要素２１ａに隣接した補助磁石要素２１ｂとを含む。補助磁石要素２１ａと補助磁石要素２１ｂとは、リング状に連なっており、コア２７の外周面上に配置されている。補助磁石要素２１ａの磁化方向と、補助磁石要素２１ｂの磁化方向とは、互いに逆向きである。補助磁石リング２１は、補助磁石要素２１ａと補助磁石要素２１ｂとからなる組を、複数有してもよい。例えば、図４に示す一例では、補助磁石リング２１は、補助磁石要素２１ａと補助磁石要素２１ｂとからなる組を４組有する。補助磁石要素２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂは、それぞれ、他の補助磁石要素と主磁石要素２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂとハルバッハ配列を成すことができるように、サイズ、形状、磁場について適宜変更しても構わない。

補助磁石リング２３は、磁化方向を除いて、補助磁石リング２１と同じ構成を有する。補助磁石要素２３ａは、補助磁石要素２１ｂと同じ構成を有し、補助磁石要素２３ｂは補助磁石要素２１ａと同じ構成を有する。補助磁石リング２３は、補助磁石要素２３ａが補助磁石要素２１ａとロータ２０の回転軸方向に沿って並ぶように、コア２７の外周面上に配置される。補助磁石要素２３ａの磁化方向は、補助磁石要素２１ａの磁化方向の逆の向きであり、補助磁石要素２３ｂの磁化方向は、補助磁石要素２１ｂの磁化方向の逆の向きである。

補助磁石リング２５は、補助磁石リング２１と同じ構成を有する。補助磁石要素２５ａは補助磁石要素２１ａと同じ構成を有し、補助磁石要素２５ｂは補助磁石要素２１ｂと同じ構成を有する。補助磁石リング２５は、補助磁石要素２５ａが補助磁石要素２１ａとロータ２０の回転軸方向に沿って並ぶように、コア２７の外周面上に配置される。補助磁石要素２５ａの磁化方向は、補助磁石要素２１ａの磁化方向と同じ向きであり、補助磁石要素２５ｂの磁化方向は、補助磁石要素２１ｂの磁化方向と同じ向きである。

主磁石リング２２は、主磁石要素２２ａと、主磁石要素２２ａに隣接した主磁石要素２２ｂとを含む。主磁石要素２２ａと、主磁石要素２２ｂとは、リング状に連なっており、コア２７のステータ１０に対向する表面、具体的には、コア２７の外周面上に配置されている。主磁石要素２２ａの磁化方向と、主磁石要素２２ｂの磁化方向とは、互いに逆向きである。主磁石リング２２は、主磁石要素２２ａと主磁石要素２２ｂとからなる組を、複数有してもよい。図４に示す一例では、主磁石リング２２は、主磁石要素２２ａと主磁石要素２２ｂとからなる組を４組有する。

主磁石リング２４は、磁化方向を除いて、主磁石リング２２と同じ構成を有する。主磁石要素２４ａは主磁石要素２２ｂと同じ構成を有し、主磁石要素２４ｂは、主磁石要素２２ａと同じ構成を有する。主磁石要素２２ａの磁化方向は、主磁石要素２４ａの磁化方向の逆の向きであり、主磁石要素２２ｂの磁化方向は、主磁石要素２４ｂの磁化方向の逆の向きである。主磁石要素２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂは、略同じ磁束密度を有すると好ましい。主磁石要素２２ａは、各補助磁石要素２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂと比較して、高い磁束密度を有する、又は、大きな磁場を発生させると好ましい。同様に、主磁石要素２２ｂ、２４ａ、２４ｂはいずれも、各補助磁石要素２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂと比較して、高い磁束密度を有する、又は、大きな磁場を発生させると好ましい。主磁石要素２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂは、例えば、ネオジム、鉄及びボロンを主成分として含む希土類系永久磁石を用いることができる。

図５に示すように、主磁石リング２２は、第一のコイル群１２の内側に配置され、主磁石リング２４は、第二のコイル群１４の内側に配置される。主磁石要素２２ａと、主磁石要素２２ｂとは、ロータ２０の径方向において複数のコイル１２ｃと対向し、主磁石要素２４ａと、主磁石要素２４ｂとは、ロータ２０の径方向において複数のコイル１４ｃと対向する。また、第一のコイル群１２と主磁石リング２２とは同一平面（ここでは、ＸＹ平面）上に配置されると好ましい。第二のコイル群１４と主磁石リング２４とは同一平面（ここでは、ＸＹ平面）上に配置されると好ましい。

カバー３０は、回転軸孔３０ａを有する板状体である。カバー３０は、回転軸孔３０ａから回転軸２６を通過させたままハウジング１１の開口部１１ａに配置されて、開口部１１ａを塞ぐ。主磁石リング２２、２４がコア２７の外周面に配置されているため、電動モータ１００は、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のモータである。

（磁化方向の詳細）
次に、図６〜図９を参照して、主磁石要素２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂと、補助磁石要素２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂとの磁化方向についての詳細について説明する。図６は、実施の形態１にかかる電動モータの要部の斜視図である。図７は、実施の形態１にかかる電動モータの要部の断面図である。図８は、実施の形態１にかかる電動モータの要部の磁気方向を示す図である。図９は、実施の形態１にかかる電動モータの要部の磁気方向を示す展開図である。なお、図７では、ｘｙｚ三次元座標及び円柱座標を規定した。ｒ軸は、回転軸２６を原点ＯとするＸＹ平面状において、原点Ｏから延びる仮想軸である。

図６及び図７に示すように、補助磁石要素２１ａ、主磁石要素２２ａ、補助磁石要素２３ａ、主磁石要素２４ａ、補助磁石要素２５ａの磁化方向は、それぞれ、回転軸２６に沿いつつ底部１１ｂ側に向かう方向（ここでは、−Ｚ軸方向）、コア２７の外径方向（ここでは、＋ｒ軸）、回転軸２６に沿いつつカバー３０（図１参照）側に向かう方向（ここでは、＋Ｚ軸方向）、コア２７の内径方向（ここでは、−ｒ軸）、回転軸２６に沿いつつ底部１１ｂ側に向かう方向（ここでは、−Ｚ軸方向）である。コア２７の外径方向は、回転軸２６からハウジング１１の内壁に向かう方向（ここでは、＋ｒ軸）であり、コア２７の内径方向は、ハウジング１１の内壁から回転軸２６に向かう方向（ここでは、−ｒ軸）である。

図８及び図９では、分かり易くするために、磁化方向の向う側、つまりＮ極をＮと記載し、Ｎ極の反対側のＳ極をＳと記載した。図８及び図９に示すように、補助磁石要素２１ａ、主磁石要素２２ａ、補助磁石要素２３ａ、主磁石要素２４ａ、補助磁石要素２５ａの磁化方向は、それぞれ、カバー３０側（ここでは、＋Ｚ軸方向）の主面にＳ、外周面にＮ、カバー３０側の主面にＮ、外周面にＳ、カバー３０側の主面にＳと記載されている。つまり、主磁石要素２２ａ、２４ａと、補助磁石要素２１ａ、２３ａ、２５ａとは、コア２７の軸方向（ここでは、Ｚ軸方向）に、ハルバッハ配列で配列している。コア２７の軸方向は、ロータ２０の回転軸２６に相当する。

また、図６及び図７に示すように、補助磁石要素２１ｂ、主磁石要素２２ｂ、補助磁石要素２３ｂ、主磁石要素２４ｂ、補助磁石要素２５ｂの磁化方向は、それぞれ、回転軸２６に沿いつつカバー３０（図１参照）側に向かう方向（ここでは、＋Ｚ軸方向）、コア２７の内径方向（ここでは、−ｒ軸）、回転軸２６に沿いつつ底部１１ｂ側に向かう方向（ここでは、−Ｚ軸方向）、コア２７の外径方向（ここでは、＋ｒ軸）、回転軸２６に沿いつつカバー３０（図１参照）側に向かう方向（ここでは、＋Ｚ軸方向）である。

また、図８及び図９に示すように、補助磁石要素２１ｂ、主磁石要素２２ｂ、補助磁石要素２３ｂ、主磁石要素２４ｂ、補助磁石要素２５ｂの磁化方向は、それぞれ、カバー３０側（ここでは、＋Ｚ軸方向）の主面にＮ、外周面にＳ、カバー３０側の主面にＳ、外周面にＮ、カバー３０側の主面にＮと記載されている。つまり、主磁石要素２２ｂ、２４ｂと、補助磁石要素２１ｂ、２３ｂ、２５ｂとは、コア２７の軸方向に、ハルバッハ配列で配列している。

ここで、回転軸２６を回転させるための電流を第一のコイル群１２、及び第二のコイル群１４に供給すると、磁場が発生し、主磁石要素２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂは、ロータ２０の回転方向に力を与えられる。これによって、ロータ２０が回転する。すると、電動モータ１００は、回転軸２６を介して、対象物に駆動力を与えることができる。

上記したように、主磁石要素２２ａ、２４ａと、補助磁石要素２１ａ、２３ａ、２５ａとは、コア２７の軸方向（ここでは、Ｚ軸方向）に、ハルバッハ配列で配列しているとともに、主磁石要素２２ｂ、２４ｂと、補助磁石要素２１ｂ、２３ｂ、２５ｂと、コア２７の軸方向に、ハルバッハ配列で配列している。そのため、ハルバッハ配列によって、主磁石要素２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ等の磁束をコア２７の外側に集中させることができる。また、周方向において補助磁石の配置を省略し、周方向において主磁石のみを配置して、周方向における磁力ロスを少なくすることができる。つまり、周方向の磁場を高めることができる。主磁石は、補助磁石と比較して、磁束密度の向上に寄与することができるため、電動モータ１００は、大きな磁束密度を発生し得て、高いトルクで回転軸を回転し得る。

以上、実施の形態１にかかるロータによれば、主磁石及び補助磁石をハルバッハ配列によって回転軸方向に配列させるため、周方向に補助磁石の配置を配列させることなく、周方向における磁力ロスを少なくする。つまり、周方向の磁場を高めることができる。

また、実施の形態１にかかる電動モータによれば、ロータによって周方向の磁場を高めるとともに、ロータの主磁石による磁場をステータのコイル群に作用させる。これによって、大きな磁束密度を発生させて、高いトルクで駆動することができる。

また、実施の形態１にかかる電動モータによれば、主磁石及び補助磁石の配置等について設計の自由度が高まり、幅広い特性を有する電動モータを提供し得る。

実施の形態２．
図１０〜図１２を参照して、実施の形態２にかかる電動モータについて説明する。図１０は、実施の形態２にかかる電動モータの展開図である。図１１及び図１２は、実施の形態２にかかる電動モータの要部の展開図である。実施の形態２にかかる電動モータは、ロータを除いて、実施の形態１にかかる電動モータ１００と同じ構成を有する。実施の形態１にかかる電動モータ１００と共通する構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。

図１０に示すように、電動モータ２００は、ロータ７０を含む。図１１に示すように、ロータ７０は、補助磁石群７１、７３、７５と、主磁石群７２、７４と、回転軸２６と、コア７７とを含む。

図１０〜図１２に示すように、コア７７は、鉄鋼材料からなる円柱体であり、軸方向に貫通する回転軸孔７７ａと、軸方向に延びる複数の磁石保持孔７７ｂとを有する。なお、図１１、図１２及び図１５では、見易さを考慮して、コア７７は複数個に分割されたように示されているが、図１４等に示されるように、コア７７は一体化している。回転軸孔７７ａの断面形状は、一部を切り欠いたような円形状を有し、回転軸２６が嵌め合わされている。これによって、コア７７に対して相対的に回転軸２６が回転することを抑制する。磁石保持孔７７ｂは、コア７７の断面上において、円状に並んで設けられる。補助磁石群７１と、主磁石群７２と、補助磁石群７３と、主磁石群７４と、補助磁石群７５とが、コア７７の内部、具体的には、複数の磁石保持孔７７ｂに、埋め込まれている。

補助磁石群７１と、主磁石群７２と、補助磁石群７３と、主磁石群７４と、補助磁石群７５とは、複数の磁石保持孔７７ｂに埋め込まれることで、保持されている。また、補助磁石群７１と、主磁石群７２と、補助磁石群７３と、主磁石群７４と、補助磁石群７５とは、回転軸２６に沿う方向に、この順に配置されており、例えば、積み重ねられている。

補助磁石群７１は、補助磁石要素７１ａと、補助磁石要素７１ｂとを含む。補助磁石要素７１ａと補助磁石要素７１ｂとは、隣り合う磁石保持孔７７ｂの２つにそれぞれ埋め込まれている。補助磁石要素７１ａの磁化方向と、補助磁石要素７１ｂの磁化方向とは、互いに逆向きである。補助磁石群７１は、補助磁石要素７１ａと補助磁石要素７１ｂとからなる組を、複数有してもよい。例えば、図１０〜１５に示す一例では、補助磁石群７１は、補助磁石要素７１ａと補助磁石要素７１ｂとからなる組を４組有する。補助磁石要素７１ａと補助磁石要素７１ｂとからなる組の複数は、コア７７の回転軸２６に垂直な断面上において、環状に配列されている。補助磁石要素７１ａ、７１ｂ、７３ａ、７３ｂ、７５ａ、７５ｂは、それぞれ、他の補助磁石要素と主磁石要素７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂとハルバッハ配列を成すことができるように、サイズ、形状、磁場について適宜変更しても構わない。

補助磁石群７３は、磁化方向を除いて、補助磁石群７１と同じ構成を有する。補助磁石要素７３ａは、補助磁石要素７１ｂと同じ構成を有し、補助磁石要素７３ｂは補助磁石要素７１ａと同じ構成を有する。補助磁石要素７３ａ及び補助磁石要素７１ａは同一の磁石保持孔７７ｂに保持されている。言い換えると、回転軸２６に関して実質的に垂直な断面上において、補助磁石要素７３ａが補助磁石要素７１ａに対向するように、補助磁石群７３は磁石保持孔７７ｂに保持される。補助磁石要素７３ａの磁化方向は、補助磁石要素７１ａの磁化方向の逆の向きであり、補助磁石要素７３ｂの磁化方向は、補助磁石要素７１ｂの磁化方向の逆の向きである。

補助磁石群７５は、補助磁石群７１と同じ構成を有する。補助磁石要素７５ａは補助磁石要素７１ａと同じ構成を有し、補助磁石要素７５ｂは補助磁石要素７１ｂと同じ構成を有する。補助磁石要素７５ａ及び補助磁石要素７１ａは同一の磁石保持孔７７ｂに保持されている。言い換えると、回転軸２６に関して実質的に垂直な断面上において、補助磁石要素７５ａが補助磁石要素７３ａを挟んで補助磁石要素７１ａに対向するように、補助磁石群７５は磁石保持孔７７ｂに保持される。補助磁石要素７５ａの磁化方向は、補助磁石要素７１ａの磁化方向と同じ向きであり、補助磁石要素７５ｂの磁化方向は、補助磁石要素７１ｂの磁化方向と同じ向きである。

主磁石群７２は、主磁石要素７２ａと、主磁石要素７２ａとを含む。主磁石要素７２ａと、主磁石要素７２ａとは、隣り合う磁石保持孔７７ｂの２つにそれぞれ埋め込まれている。主磁石要素７２ａの磁化方向と、主磁石要素７２ｂの磁化方向とは、互いに逆向きである。主磁石群７２は、主磁石要素７２ａと主磁石要素７２ｂとからなる組を、複数有してもよい。例えば、図１０〜１５に示す一例では、主磁石群７２は、主磁石要素７２ａと主磁石要素７２ｂとからなる組を４組有する。主磁石要素７２ａと、主磁石要素７２ｂとからなる組の複数は、コア７７の回転軸２６に垂直な断面上において、環状に配列されている。

主磁石群７４は、磁化方向を除いて、主磁石群７２と同じ構成を有する。主磁石要素７４ａは主磁石要素７４ｂと同じ構成を有し、主磁石要素７４ｂは、主磁石要素７２ａと同じ構成を有する。主磁石要素７４ａの磁化方向は、主磁石要素７２ａの磁化方向の逆の向きであり、主磁石要素７４ｂの磁化方向は、主磁石要素７２ｂの磁化方向の逆の向きである。主磁石要素７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂは、略同じ磁束密度を有する、又は、大きな磁場を発生させると好ましい。主磁石要素７２ａは、各補助磁石要素７１ａ、７１ｂ、７３ａ、７３ｂ、７５ａ、７５ｂと比較して、高い磁束密度を有する、又は、大きな磁場を発生させると好ましい。同様に、主磁石要素７２ｂ、７４ａ、７４ｂはいずれも、各補助磁石要素７１ａ、７１ｂ、７３ａ、７３ｂ、７５ａ、７５ｂと比較して、高い磁束密度を有すると好ましい。主磁石要素７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂは、例えば、ネオジム、鉄及びボロンを主成分として含む希土類系永久磁石を用いることができる。

図１２に示すように、主磁石群７２は、第一のコイル群１２の内側に配置され、主磁石群７４は、第二のコイル群１４の内側に配置される。主磁石要素７２ａと、主磁石要素７２ｂとは、ロータ７０の径方向において複数のコイル１２ｃと対向し、主磁石要素７４ａと、主磁石要素７４ｂとは、ロータ７０の径方向において複数のコイル１４ｃと対向する。また、第一のコイル群１２と主磁石群７２とは同一平面（ここでは、ＸＹ平面）上に配置されると好ましい。また、第二のコイル群１４と主磁石群７４とは同一平面（ここでは、ＸＹ平面）上に配置されると好ましい。

主磁石群７２、７４が複数の磁石保持孔７７ｂに埋め込まれているため、電動モータ２００は、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のモータである。

次に、図１３〜図１５を参照して、主磁石要素７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂと、補助磁石要素７１ａ、７１ｂ、７３ａ、７３ｂ、７５ａ、７５ｂとの磁化方向についての詳細について説明する。図１３は、実施の形態２にかかる電動モータの要部の斜視図である。図１４は、実施の形態２にかかる電動モータの断面図である。図１５は、実施の形態２にかかる電動モータの要部の展開断面図である。なお、図１４では、ｘｙｚ三次元座標及び円柱座標を規定した。ｒ軸は、回転軸２６を原点ＯとするＸＹ平面状において、原点Ｏから延びる仮想軸である。

図１３及び図１４に示すように、補助磁石要素７１ａ、主磁石要素７２ａ、補助磁石要素７３ａ、主磁石要素７４ａ、補助磁石要素７５ａの磁化方向は、それぞれ、回転軸２６に沿いつつ底部１１ｂ側に向かう方向（ここでは、−Ｚ軸方向）、コア７７の外径方向（ここでは、＋ｒ軸）、回転軸２６に沿いつつカバー３０（図１参照）側に向かう方向（ここでは、＋Ｚ軸方向）、コア７７の内径方向（ここでは、−ｒ軸）、回転軸２６に沿いつつ底部１１ｂ側に向かう方向（ここでは、−Ｚ軸方向）である。

図１５では、分かり易くするために、磁化方向の向う側、つまりＮ極をＮと記載し、Ｎ極の反対側のＳ極をＳと記載した。図１５に示すように、補助磁石要素７１ａ、主磁石要素７２ａ、補助磁石要素７３ａ、主磁石要素７４ａ、補助磁石要素７５ａの磁化方向は、それぞれ、カバー３０側（ここでは、＋Ｚ軸方向）の主面にＳ、外周面にＮ、カバー３０側の主面にＮ、外周面にＳ、カバー３０側の主面にＳと記載されている。つまり、主磁石要素７２ａ、７４ａと、補助磁石要素７１ａ、７３ａ、７５ａとは、コア７７の軸方向に、ハルバッハ配列で配列している。コア７７の軸方向は、ロータ７０の回転軸２６に相当する。

また、図１５に示すように、補助磁石要素７１ｂ、主磁石要素７２ｂ、補助磁石要素７３ｂ、主磁石要素７４ｂ、補助磁石要素７５ｂの磁化方向は、それぞれ、回転軸２６に沿いつつカバー３０（図１参照）側に向かう方向（ここでは、＋Ｚ軸方向）、コア７７の内径方向（ここでは、−ｒ軸）、回転軸２６に沿いつつ底部１１ｂ側に向かう方向（ここでは、−Ｚ軸方向）、コア７７の外径方向（ここでは、＋ｒ軸）、回転軸２６に沿いつつカバー３０（図１参照）側に向かう方向（ここでは、＋Ｚ軸方向）である。

また、補助磁石要素７１ｂ、主磁石要素７２ｂ、補助磁石要素７３ｂ、主磁石要素７４ｂ、補助磁石要素７５ｂの磁化方向は、それぞれ、カバー３０側（ここでは、＋Ｚ軸方向）の主面にＮ、外周面にＳ、カバー３０側の主面にＳ、外周面にＮ、カバー３０側の主面にＮと記載されている。つまり、主磁石要素７２ｂ、７４ｂと、補助磁石要素７１ｂ、７３ｂ、７５ｂと、コア７７の軸方向に、ハルバッハ配列で配列している。コア７７の軸方向は、ロータ７０の回転軸２６に相当する。

ここで、具体的には、回転軸２６を回転させるための電流を第一のコイル群１２、及び第二のコイル群１４に供給すると、磁界が発生し、主磁石要素７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂは、ロータ７０の回転方向に力を与えられる。これによって、ロータ７０が回転する。すると、電動モータ２００は、回転軸２６を介して、対象物に駆動力を与えることができる。

上記したように、主磁石要素７２ａ、７４ａと、補助磁石要素７１ａ、７３ａ、７５ａとは、コア２７の軸方向（ここでは、Ｚ軸方向）に、ハルバッハ配列で配列しているとともに、主磁石要素７２ｂ、７４ｂと、補助磁石要素７１ｂ、７３ｂ、７５ｂと、コア７７の軸方向に、ハルバッハ配列で配列している。そのため、ハルバッハ配列によって、主磁石要素７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂ等の磁束をコア７７の外側に集中させることができる。また、周方向において補助磁石の配置を省略し、周方向における磁力ロスを少なくすることができる。つまり、周方向の磁場を高めることができる。主磁石は、補助磁石と比較して、磁束密度の向上に寄与することができるため、電動モータ２００は、大きな磁束密度を発生して、高いトルクで回転軸を回転し得る。

以上、実施の形態２にかかるロータによれば、主磁石及び補助磁石をハルバッハ配列によって回転軸方向に配列させるため、周方向に補助磁石の配置を配列させることなく、周方向における磁力ロスを少なくする。つまり、周方向の磁場を高めることができる。

また、実施の形態２にかかる電動モータによれば、実施の形態１にかかる電動モータ１００と同様に、ロータによって周方向の磁場を高めるとともに、ロータの主磁石による磁場をステータのコイル群に作用させる。これによって、大きな磁束密度を発生させて、高いトルクで駆動することができる。

また、実施の形態２にかかる電動モータによれば、実施の形態１にかかる電動モータ１００と同様に、主磁石及び補助磁石の配置等について設計の自由度が高まり、幅広い特性を有する電動モータを提供し得る。

また、実施の形態１及び２にかかる電動モータは、ロボットや、四輪車、特にハイブリッドカーなどに搭載されて使用される。また、このような電動モータは、トルク特性を維持したまま、小型化を図ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上記した実施の形態１及び２にかかる電動モータでは、コア２７、７７などの一体のコアを用いたが、主磁石及び補助磁石に対応するように分割されたコアを用いてもよい。このような分割されたコアを用いる場合、電動モータとしての必要な機能を発揮するために、互いに接合、締結、連結、又は結合されているとよい。また、電動モータにおける磁極数、スロット数などは、希望するモータの特性に応じて、適宜変更してもかまわない。また、実施の形態１及び２にかかる電動モータでは、ステータがロータの外側に配置されているが、ロータがステータの外側に配置されていてもよい。言い換えると、実施の形態１及び２にかかる電動モータは、アウトステータ型であるが、アウトロータ型であってもよい。

１００、２００ 電動モータ
１０ ステータ
１２、１４ コイル群 １２ｃ、１４ｃ コイル
２０、７０ ロータ
２１、２３、２５、７１、７３、７５ 補助磁石リング（補助磁石群）
２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂ、７１ａ、７１ｂ、７３ａ、７３ｂ、７５ａ、７５ｂ 補助磁石要素
２２、２４、７２、７４ 主磁石リング（主磁石群）
２２ａ、２２ｂ、２４ａ、２４ｂ、７２ａ、７２ｂ、７４ａ、７４ｂ 主磁石要素
２６ 回転軸 ２７、７７ コア

Claims (6)

1. 複数の主磁石群及び複数の補助磁石群を有するロータであって、
   前記主磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の主磁石要素を含み、
   前記主磁石要素は、前記ロータの径方向に沿う磁化方向を有し、
   隣り合う前記主磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
   前記補助磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の補助磁石要素を含み、
   前記補助磁石要素は、前記ロータの回転軸方向に沿う磁化方向を有し、
   隣り合う前記補助磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
   前記主磁石要素と前記補助磁石要素とが、前記ロータの前記回転軸方向に、ハルバッハ配列で配列し、回転軸方向ハルバッハ配列が形成するように、前記複数の主磁石群と前記複数の補助磁石群とが配置されて、
   さらに、前記回転軸方向ハルバッハ配列における両端は、前記補助磁石要素であるロータ。
2. 複数の主磁石群及び複数の補助磁石群を有するロータと、ステータとを備える電動モータであって、
   前記主磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の主磁石要素を含み、
   前記主磁石要素は、前記ロータの径方向に沿う磁化方向を有し、
   隣り合う前記主磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
   前記補助磁石群は、前記ロータの周方向に配列される複数の補助磁石要素を含み、
   前記補助磁石要素は、前記ロータの回転軸方向に沿う磁化方向を有し、
   隣り合う前記補助磁石要素同士は、互いに逆向きの磁化方向を有し、
   前記主磁石要素と前記補助磁石要素とが、前記ロータの前記回転軸方向に、ハルバッハ配列で配列し、回転軸方向ハルバッハ配列が形成するように、前記複数の主磁石群と前記複数の補助磁石群とが配置されており、
   さらに、前記回転軸方向ハルバッハ配列における両端は、前記補助磁石要素であり、
   前記ステータは、前記主磁石群に対応するコイル群を含むことを特徴とする電動モータ。
3. 前記主磁石群は、前記ステータに対向する表面に配置される主磁石リングであり、
   前記補助磁石群は、前記ステータに対向する表面に配置される補助磁石リングであることを特徴とする請求項２に記載の電動モータ。
4. 前記ロータは、コアを含み、
   前記主磁石群は、前記コアの内部に埋め込まれており、
   前記補助磁石群は、前記コアの内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項２に記載の電動モータ。
5. 隣り合う前記コイル群同士は、対応する前記主磁石群同士が同じ方向に回転するように
   、異なる位相の電流を供給されることを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか１項に記載の電動モータ。
6. 前記ステータの前記コイル群の各コイルは、前記ステータの径方向に沿う軸に巻き回されており、
   前記ステータの前記コイル群と、前記ロータの前記主磁石群とは、同一平面上に配置され、
   前記主磁石群と前記コイル群は、前記ロータの径方向において対向していることを特徴とする請求項２〜５のうちいずれか１項に記載の電動モータ。

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